新德里金属-β-内酰胺酶-1抑制剂的虚拟筛选

摘要

产新德里金属-β-内酰胺酶-1(NDM-1)的“超级细菌”受到了全世界的广泛关注，它的质粒基因blaNDM-1能够在细菌间快速传播，产物NDM-1能够水解除氨曲南外的所有β-内酰胺类抗生素，整合了NDM-1的“超级细菌”对几乎所有的抗生素都有耐药性，它的出现正严重威胁着人类健康。筛选有效的NDM-1抑制剂以辅助现有β-内酰胺类抗生素的治疗是目前抗菌药物的研究热点，但至今还没有一个NDM-1抑制剂作为药物上市，所以发现新骨架、高活性、低毒性的NDM-1抑制剂具有重要意义。
　　本文在构建NDM-1抑制剂药效团模型的基础上，建立了NDM-1抑制剂的筛选流程，利用分子动力学方法分析了潜在活性化合物的作用方式。
　　首先，对35个NDM-1晶体结构进行了统计分析，发现了两种受体-配体的结合模式:模式A中，与Zn2+配位的配体基团有两个，并与两个Zn2+呈四边形结构，两个锌离子间还有一个水分子，也能够与其形成配位键;模式B中，与Zn2+配位的配体基团只有一个，并占据了模式A中水分子的位置，且与两个Zn2+呈三角形结构。随后本文根据这两种结合模式分别构建了两类药效团模型——药效团模型A和药效团模型B。
　　其次，构建了一个逐层筛选方案并对Specs、Enamine、 ChemDiv三大数据库共2857595个分子进行了虚拟筛选。第一步使用构建好的两个药效团筛选，共获得1409485个分子;第二步使用Surflex-Dock、MOEdock、AutoDock和Gold四种对接方法进行组合筛选，共获得4998个分子;第三步通过目筛保留了51个具有潜在活性的分子。
　　最后，我们利用分子动力学模拟了51个潜在活性分子和NDM-1的相互作用。分析发现:1）活性位点锌离子的配位作用和静电作用对复合物结合发挥着关键作用，氢键和π-π共轭作用发挥着辅助作用。2）配体的电荷为-1时最有利于其结合NDM-1。3)结合模式A中配体基团与Zn1（与3个组氨酸配位）之间的作用方式根据距离可分为:配位作用，强静电作用和弱静电作用。
　　本论文的研究对于解释NDM-1抑制剂作用机理，发现NDM-1抑制剂的新骨架具有指导意义。

目录

声明

摘要

缩略语表

1 前言

1．1 新德里金属-β-内酰胺酶-1

1．2 NDM-1的研究进展

1．2．1 NDM-1“超级细菌’’的流行病学

1．2．2 NDM-1的作用机理

1．2．3 NDM-1的抑制剂

1．3 与本文相关的计算机辅助药物设计方法

1．3．1 药效团

1．3．2 分子对接

1．3．3 分子动力学

1．4 研究目的及意义

2 NDM-1抑制剂药效团模型的建立

2．1 数据与方法

2．1．1 晶体结构分析

2．1．2 药效团构建

2．2 结果与讨论

2．2．1 晶体结构分析结果

2．2．2 药效团构建结果

2．3 小结

3 NDM-1抑制剂的虚拟筛选

3．1 数据与方法

3．1．1 蛋白及数据库预处理

3．1．2 药效团筛选

3．1．3 分子对接

3．1．4 目筛

3．2 结果与讨论

3．2．1 药效团筛选

3．2．2 分子对接

3．2．3 目筛

3．3 小结

4 分子动力学模拟

4．1 数据与方法

4．1．1 体系预处理

4．1．2 分子动力学模拟

4．1．3 轨迹分析与自由能计算

4．2 结果与讨论

4．2．1 分子动力学轨迹分析

4．2．2 结合自由能分析

4．3 小结

5 总结与展望

参考文献

附录

发表论文

致谢